注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析
水凝胶是一种能在水中膨胀的三维聚合物网络，具有液相传输特性。水凝胶具有良好的生物相容性和柔软性，使其成为生物相容性材料、药物输送、节能、仿生、组织工程应用的理想选择。近日，新加坡南洋理工大学的龙祎团队和陈晓东团队通过调节聚乙烯醇离子水凝胶中离子浓度和迁移空间，制备了一种高性能的、可应用于仿生电子学领域的柔性离子导电水凝胶。
近年来，由于柔性离子导电水凝胶具有良好的导电性，柔性，以及生物相容性等特点，其在生物医学、软体机器人以及人工器官等领域的广泛应用受到越来越多的关注。目前在柔性导电凝胶主存在高机械性能和导电性不能兼顾，机械性能不易调节等制约因素。例如，在生物电子学的相关应用中，导线材料不仅需要具有良好的生物相容性，以便它们能够长期地与人体（如皮肤、肌肉、心脏或大脑）一起使用它们也需要同时具备高导电性和良好机械性能。这些特性可以保证相关系统在承受巨大的机械载荷及大应变下仍保持较高的导电性用以信号传输，同时也避免意外断裂造成系统崩溃等问题。
新加坡南洋理工大学团队开发的纤维素-聚乙烯醇离子水凝胶很好地满足了上述需求。众所周知，离子水凝胶中，聚合物浓度越高，机械强度越高，其离子迁移阻碍越大，导电性越低。他们通过调节纤维素含量，以及离子浓度，合成出具有高导电性和高机械强度的柔性胶体（高浓度聚乙烯醇凝胶提供高机械强度，纤维素在凝胶中形成的含水孔提高了盐离子浓度，并为盐离子提供迁移空间）。由于这种独特的结构，该离子水凝胶具有可调控拉伸（0.6~4 MPa）和弹性（15~900 kPa）,与此同时其拉伸应变最高可达975%，导电性可达3.4 S m-1 （f = 1 MHz）。该凝胶可以作为人造神经用在3D打印的机器人手上，允许在机器人手指运动时传递稳定以及可调的电信号，同时能监控机器人手指运动状态。这种离子导电水凝胶在人工柔性电子领域有着广阔的应用前景。
这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是新加坡南洋理工大学博士生周洋和博士后万昌锦。
该论文作者为：Yang Zhou, Changjin Wan, Yongsheng Yang, Hui Yang, Shancheng Wang, Zhendong Dai, Keju Ji, Hui Jiang, Xiaodong Chen, Yi Long
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Highly Stretchable, Elastic, and Ionic Conductive Hydrogel for Artificial Soft Electronics
Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1806220, DOI: 10.1002/adfm.201806220
龙祎博士简介
龙祎博士，现任新加坡南洋理工的高级讲师，博士毕业于剑桥大学。她早期职业生涯成功实现两项从实验室到工业界转换，包括全球第一大的硬盘公司SEAGATE TECHNOLOGY。 过去六年，她主要研究领域集中在智能材料的应用和开发，作为principal investigator负责的项目获得全球华盛顿2015年度科技连接创新大奖TechConnect Innovation Award。先后以通讯作者在Joule, ACS Nano, Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A, Small 等著名期刊发表多篇文章以及应邀综述。
https://www.x-mol.com/university/faculty/49525
陈晓东教授简介
陈晓东 博士，现任新加坡南洋理工大学材料学院教授，并担任南洋理工大学柔性器件创新中心(iFlex) 和Max Planck-NTU Joint Laboratory for Artificial Senses主任。博士毕业于德国明斯特大学，此后，在美国西北大学（Chad Mirkin组）从事博士后研究。从2009年开始，就职于南洋理工大学。主要从事可程序化材料在能源的转化、柔性电子器件、以及纳米生物界面等领域的工作。研究成果在Nature Nanotech, Nature Chemistry, Nature Communications, Adv Mater, JACS 和 Angew Chem等国际知名学术刊物发表SCI 论文200余篇，引用超过13000次，H因子58。获得Small青年科学家创新奖、新加坡国立研究基金会研究员奖、Lubrizol 青年材料科学家奖等荣誉。
https://www.x-mol.com/university/faculty/45891
科研思路分析
Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？
A：如上所述，我们的研究兴趣是研究开发已水凝胶为基础的光学和电学功能器件。近年来，生物医学、软体机器人以及人工器官等科研领域受到越来越多的关注，而水凝胶由于其自身良好的柔性，以及生物相容性等特点，在这些领域内具有广泛的应用。然而现有的水凝胶材料主存在高机械性能和导电性不能兼顾，机械性能不易调节等制约因素。我们的目标很简单，就是通过在高机械强度的水凝胶中提高其盐离子含量和离子迁移空间，使高机械强度的水凝胶同时具有高导电性，从而使水凝胶材料用于软体机器人，以及人工器官等用途。
Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？
A：本项研究中最大的挑战是如何控制离子迁移空间密度，找到高机械性能和高导电性的平衡点，以获得具有优异性能的柔性离子导电凝胶。在这个过程中，我们团队在水凝胶合成方面的经验积累起了至关重要的作用。
此外，这项研究属于交叉学科的研究，其中需要不少电子器件与人体仿生方面的背景知识，而我们的团队主要来源于材料、微电子专业，因此在仿生电子学方面存在知识储备不足的挑战，未来希望有相关领域的研究者一起合作将研究推动到更高的层次。
Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？
A：该柔性离子导电凝胶在机械以及电学性能方面具有优异的表现，因其具有很高的高频交流电导电性，并且能承受很大的拉伸形变，可用于软体机器人的信号传输和控制。同时，由于其出色的直流电应力检测灵敏度，可应用于检测关节运动等大尺度形变及运动监测。我们认为这项研究成果为软体机器人以及人工器官等领域提供了一种性能优异的、并且可产业化制备的高强度可拉伸柔性导体材料，将对相关领域的发展产生积极推动作用。
该文章也在报道在 China Wiley 官方网站。
https://mp.weixin.qq.com/s/84ldhZpqQ7idPTTAJ2DuCg
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